TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ KHÍHÓA CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ CHO 500 HỘ DÂN

Phần Mở ĐầuCùng với sự phát triển kinh tế, gia tăng dân số và sự lãng phí tài nguyên trong thóiquen sinh hoạt của con người, lượng rác thải ngày một tăng, thành phần ngày càng phứctạp và

KHOA MÔI TRƯỜNG

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM oOo

-ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên : TẠ VĂN BÌNH MINH Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 05/08/1994 Nơi sinh : Long An

Chuyên ngành : Quá trình Thiết bị và Điều khiển Công nghệ Môi trường

I TÊN ĐỀ TÀI

Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị khí hóa chất thải rắn hữu cơ cho 500 hộ dân

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

Nhiệm vụ: Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị khí hóa chất thải rắn hữu cơ cho 500 hộdân để sinh ra khí syngas

Nội dung:

- Lựa chọn thành phần rác hữu cơ có thể khí hóa

- Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị khí hóa chất thải rắn hữu cơ

- Ý nghĩa khoa học và tính mới của đề tài

III HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

M c L c ụ ụ

1 Đặt vấn đề 3

2 Tổng quan 3

2.1 Tổng quan về tình hình rác thải hiện nay 3

2.1.1 Trên cả nước 3

2.1.2 Tình hình chất thải rắn tại Tp.HCM 4

2.2 Thành phần chất thải rắn 5

2.3 Nguồn phát sinh và tác động của chất thải rắn 6

2.3.1 Nguồn phát sinh 6

2.3.2 Tác động 7

2.4 Các phương pháp xử lý chất thải rắn hiện nay 8

2.4.1 Chôn lắp 8

2.4.2 Phương pháp đốt 9

2.4.3 Nhiệt phân 9

2.4.4 Khí hóa 10

2.5 Công nghệ khí hóa 11

2.5.1 Giới thiệu Công nghệ khí hóa tầng cố định: 11

2.5.2 Giới thiệu Công nghệ khí hóa tầng sôi 13

2.6 Lựa chọn công nghệ khí hóa 14

3 Mục tiêu, đối tượng, nội dung tính toán thiết kế, giới hạn đề tài 14

3.1 Mục tiêu tính toán thiết kế 14

3.2 Đối tượng tính toán thiết kế 15

3.3 Nội dung và phương pháp tính toán thiết kế 15

3.4 Giới hạn đề tài 15

4 Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn và tính mới của đề tài 15

4.1 Ý nghĩa khoa học đề tài 15

4.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 15 GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG

4.3 Tính mới của đề tài 15

5 Kết quả dự kiến 16

6 Các chương mục dự kiến của luận văn 16

7 Tiến độ thực hiện 18

8 Phần chuẩn bị của học viên 18

9 Tài liệu tham khảo 19

10 Ý kiến của giáo viên hướng dẫn 20

GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG

Phần Mở Đầu

Cùng với sự phát triển kinh tế, gia tăng dân số và sự lãng phí tài nguyên trong thóiquen sinh hoạt của con người, lượng rác thải ngày một tăng, thành phần ngày càng phứctạp và tiềm ẩn ngày càng nhiều nguy cơ độc hại với môi trường và sức khỏe con người

Ở các thành phố, thị xã việc thu gom xử lý rác thải đã có Công ty Môi trường đô thịđảm nhiệm Cứ tối đến xe chở rác của Công ty đi qua thì đem các túi rác ra bỏ lên xe vàngười dân phải nộp tiền thu gom ấy Tuy nhiên, ở nông thôn thì chưa mấy nơi có điều kiệnlàm được như vậy Tình hình chung hiện nay là từng gia đình tự xử lý lấy tùy thuộc vàonhận thức và điều kiện của từng người Một số gia đình ở gần sông hồ hoặc có mươngnước đi qua thì lợi dụng đêm tối đem vứt rác xuống, hậu quả thế nào đã có người khácchịu Nhiều gia đình thì gom rác vào các bao bì rồi chở đi đổ vào một nơi nào đó xa nhà.Những địa điểm đổ rác của các xóm, làng, các cụm dân cư hiện nay là rất tùy tiện Đi dọchai bờ một số dòng sông và các đường quốc lộ, các đường liên huyện… sẽ bắt gặp nhiềuđiểm đổ rác rất khó chịu

Trong khi đó chất thải rắn hữu cơ có thể khí hóa: tre, rơm rạ, giấy, carton, ni lông, nhựa,vải, gỗ, cao su là khá lớn Và để tận dụng các nguồn nguyên liệu đó em xin trình bày đềtài “Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị khí hóa chất thải rắn hữu cơ cho 500 hộ dân.”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 Tổng quan về tình hình rác thải hiện nay

1.1.1 Trên cả nước

Việt Nam đang bước vào giai đoạn Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, cùng với

sự gia tăng dân số một cách nhanh chóng là những nguyên nhân chính dẫn tới lượng chấtthải sinh ra ngày một gia tăng Do tốc tộ phát triển kinh tế-xã hội và khả năng đầu tư cóhạn, việc quản lý chưa chặt chẽ cho nên công tác quản lý tại các khu đô thị, các nơi tậptrung dân số đông, các khu công nghiệp, mức độ ô nhiễm do chất thải rắn gây ra ngày mộtnghiêm trọng hơn

Lượng chất thải rắn tại các đô thị ở nước ta đang có xu hướng ngày một gia tăng, tínhtrung bình mỗi năm tăng khoảng 10% Theo kết quả điều tra mới đây cho thấy, lượng chấtthải rắn đô thị chủ yếu phát sinh mạnh ở hai thành phố lớn là Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh.Chỉ tính riêng lượng chất thải rắn phát sinh ở hai thành phố này, lượng chất thải rắn phátsinh hằng ngày lên tới 8.000 tấn/ngày (tương đương 2.920.000 tấn/năm) Nó chiếm hơn45% tổng lượng chất thải rắn phát sinh từ tất cả các đô thị

GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG

Tính theo vùng kinh tế-xã hội thì các đô thị nằm trong vùng Đông Nam Bộ có lượngchất thải rắn phát sinh lớn nhất tới 2.450.245 tấn/năm (chiếm tới 37,94%) Tiếp theo là các

đô thị nằm trong vùng Đồng bằng Sông Hồng có lượng chấ thải rắn phát sinh hằng năm là1.622.060 tấn/năm (chiếm 25,12%) Tiếp đến là các đô thị nằm trong vùng núi Tây Nguyên

có lượng phát sinh 237.350 tấn/năm (chiếm 3,68%) và vùng núi Tây Bắc Bộ 69.350tấn/năm (chiếm 1,07%)

Bảng 1.1 Chất thải rắn phát sinh năm 2009-2015 và dự kiến đến năm 2025

Dân số đô thị (triệu người) 25,50 26,22 35,00 44,00 52,00

% dân số đô thị so với cả

Chỉ số phát sinh CTR đô thị

(kg/người/ngày) 0,95 1,00 1,20 1,40 1,60Tổng lượng CTR đô thị phát

sinh (tấn/ngày) 24,23 26,22 42,00 61,60 83,20

Nguồn: Sở Tài nguyên và Môi trường Tp.HCM, Báo cáo cơ sở dữ liệu quản lý chất thải rắn 2015

Với kết quả điều tra thống kê trên cho thấy, tổng lượng phát sinh CTRSH tại các đôthị ở nước ta ngày càng gia tăng với tỷ lệ tương đối cao (10%/năm) so với các nước pháttriển trên thế giới Tổng lượng phát sinh CTRSH tại các đô thị loại III trở lên và một số đôthị loại IV lên khoảng 6,5 triệu tấn/năm (năm 2004: Tổng lượng chất thải sinh hoạt của tất

cả các đô thị Việt Nam là 6,4 triệu tấn/năm) Dự báo tổng đến năm 2020 khoảng gần 22triệu tấn/năm Để quản lý tốt nguồn chất thải này, đòi hỏi các cơ quan chức năng cần đặcbiệt quan tâm hơn nữa đến các khâu giảm thiểu tại nguồn, tăng cường tái chế, tái sử dụng,đầu tư công nghệ xử lý, tiêu hủy thích hợp góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường doCTRSH gây ra

1.1.2 Tình hình chất thải rắn tại Tp.HCM

Tổng khối lượng chất thải rắn đô thị phát sinh vào khoảng 8.700 ÷ 8.900 tấn/ngày,trong đó, chất thải rắn xây dựng (xà bần) chiếm khoảng 1.200 ÷ 1.500 tấn/ngày và chất thảirắn sinh hoạt trung bình từ 6.200 ÷ 6.700 tấn/ngày Ước tính tỷ lệ gia tăng khoảng 8 ÷10%/năm Một số loại chất thải rắn đô thị như: rác khu thương mại, xà bần, rác côngnghiệp trước đây ít thì những năm gần đây mức độ tăng (khối lượng và thành phần chấtthải) ngày càng cao

 Tỷ trọng nguồn phát sinh cụ thể như sau:

- Rác hộ dân chiếm tỉ trọng 57,91% tổng lượng rác

- Rác đường phố chiếm tỉ trọng 14,29% tổng lượng rác

GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG

- Rác công sở chiếm tỉ trọng 2,8% tổng lượng rác

- Rác chợ chiếm tỉ trọng 13% tổng lượng rác

- Rác thương nghiệp chiếm tỉ trọng 12% tổng lượng rác

Thành phần chủ yếu trong chất thải rắn đô thị là chất hữu cơ (rác thực phẩm), chiếm

tỷ lệ khá cao từ 60 - 75% / tổng khối lượng chất thải

1.2 Thành phần chất thải rắn

Thành phần rác có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ rất cao từ 54 ÷77,1%; tiếp theo là thành phần nhựa: 8 ÷ 16%; thành phần kim loại đến 2%; chất thải nguyhại bị thải lẫn vào chất thải sinh hoạt nhỏ hơn 1%

Bảng 1.2 Thành phần chất thải rắn phát thải năm 2010

STT Thành phần Phước Hiệp (%) Đa Phước (%)

19 Mốp xốp (Styrofoam) 0,00 ÷ 0,30 0,20 ÷ 0,30

20 Bông băng, tã giấy 0,90 ÷ 1,10 0,50 ÷ 0,90

21 Chất thải nguy hại (giẻ lau dính

dầu, bóng đèn huỳnh quang) 0,10 ÷ 0,20 0,10 ÷ 0,20

22 Độ ẩm 52,50 ÷ 53,70 52,60 ÷ 53,70

23 VS (% theo khối lượng khô) 81,70 ÷ 82,40 81,70 ÷ 82,40

Nguồn: Sở Tài nguyên và Môi trường Tp.HCM, Báo cáo cơ sở dữ liệu quản lý chất thải rắn 2010

Trung bình mỗi ngày 1 hộ gia đình thải ra 2 kg rác thải rắn Tính bình quân cho 500 hộ dânthì mỗi ngày thải ra 1 tấn chất thải rắn

Dựa vào bảng Thành phần chất thải rắn phát thải năm 2010 ta ước tính được khối

lượng của từng thành phần rác thải hữu cơ có thể khí hóa tại bãi rác Đa Phước

Bảng 1.3 Khối lượng của từng thành phần rác thải hữu cơ có thể khí hóa tại bãi rác

1.3 Nguồn phát sinh và tác động của chất thải rắn

1.3.1 Nguồn phát sinh

 Chất thải rắn phát sinh chủ yếu từ các nguồn sau:

Từ khu dân cư: Bao gồm các khu dân cư tập trung, những hộ dân cư tách rời Nguồn

rác thải chủ yếu là: thực phẩm dư thừa, thuỷ tinh, gỗ, nhựa, cao su còn có một số chấtthải nguy hại

Từ các động thương mại: Quầy hàng, nhà hàng, chợ, văn phòng cơ quan, khách

sạn Các nguồn thải có thành phần tương tự như đối với các khu dân cư (thực phẩm, giấy,catton )

Các cơ quan, công sở: Trường học, bệnh viện, các cơ quan hành chính: lượng rác

thải tương tự như đối với rác thải dân cư và các hoạt động thương mại nhưng khối lượng íthơn

Từ xây dựng: Xây dựng mới nhà cửa, cầu cống, sửa chữa đường xá, dỡ bỏ các công

trình cũ Chất thải mang đặc trưng riêng trong xây dựng: sắt thép vụn, gạch vỡ, các sỏi, bêtông, các vôi vữa, xi măng, các đồ dùng cũ không dùng nữa

Dịch vụ công cộng của các đô thị: Vệ sinh đường xá, phát quan, chỉnh tu các công

viên, bãi biển và các hoạt động khác Rác thải bao gồm cỏ rác, rác thải từ việc trang tríđường phố

Các quá trình xử lý nước thải: Từ quá trình xử lý nước thải, nước rác, các quá trình

xử lý trong công nghiệp Nguồn thải là bùn, làm phân compost

Từ các hoạt động sản xuất công nghiệp: Bao gồm chất thải phát sinh từ các hoạt

động sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công, quá trình đốt nhiên liệu, bao bì đóng gói sảnphẩm Nguồn chất thải bao gồm một phần từ sinh hoạt của nhân viên làm việc

Từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp: Nguồn chất thải chủ yếu từ các cánh đồng

sau mùa vụ, các trang trại, các vườn cây Rác thải chủ yếu thực phẩm dư thừa, phân giasúc, rác nông nghiệp, các chất thải ra từ trồng trọt, từ quá trình thu hoạch sản phẩm, chếbiến các sản phẩm nông nghiệp

1.3.2 Tác động

 Tác động đến môi trường

Việc phát sinh chất thải rắn ngày một gia tăng, nếu không có biện pháp xử lý hiệu quảthì nó sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng nước, đất và không khí xung quanh.Đặc biệt hơn, nếu lượng nước rỉ rác bị rò rỉ đến mực nước ngầm nó sẽ làm ô nhiễm đếnmực nước ngầm

GVHD: TS ĐINH SỸ KHANG

SVTH: TẠ VĂN BÌNH MINH

10

Bãi rác Đa Phước, mặc dù sử dụng công nghệ chống thấm hiện đại nhưng vẫn là nguồngây ô nhiễm rạch Ráng, rạch Bún Seo và rạch Ngã Cậy; nước trong rạch chuyển sang màuxanh, đục và hôi; mùi hôi và ruồi muỗi ảnh hưởng trên một phạm vi rộng, nhất là vàonhững ngày mưa; tôm cá cũng không còn Vấn đề ô nhiễm amoni ở tầng nông (nước dướiđất) cũng là hậu quả một phần của nước rỉ rác.[1]

 Tác động đến sức khỏe người dân

Việc quản lý và xử lý CTR không hợp lý không những gây ô nhiễm môi trường màcòn ảnh hưởng rất lớn tới sức khoẻ con người, đặc biệt đối với người dân sống gần khu vựclàng nghề, khu công nghiệp, bãi chôn lấp chất thải Người dân sống gần bãi rác khônghợp vệ sinh có tỷ lệ mắc các bệnh da liễu, viêm phế quản, đau xương khớp cao hơn hẳnnhững nơi khác.[2]

 Tác động đối với kinh tế-xã hội

Chi phí xử lý chất thải rắn ngày càng lớn Trong 5 năm qua, lượng CTR của cả nướcnói chung và thành phố Hồ Chí Minh nói riêng ngày càng gia tăng Chi phí thu gom, vậnchuyển và xử lý CTR vì thế cũng tăng lên, chưa kể đến chi phí xử lý ô nhiễm môi trườngliên quan đến CTR Các chuyên gia về kinh tế cho rằng, với điều kiện kinh tế hiện nay(năm 2011) thì mức phí xử lý rác là 17 - 18 USD/tấn CTR dựa trên các tính toán cơ bản vềtổng vốn đầu tư, chi phí vận hành, chi phí quản lý, khấu hao, lạm phát[1]

Chi phí xử lý CTR tuỳ thuộc vào công nghệ xử lý: Mức chi phí xử lý cho công nghệhợp vệ sinh là 115.000đ/tấn - 142.000đ/tấn và chi phí chôn lấp hợp vệ sinh có tính đến thuhồi vốn đầu tư 219.000 - 286.000đ/tấn Thành phố Hồ Chí Minh có tổng chi phí hàng nămcho thu gom, vận chuyển, xử lý CTR sinh hoạt khoảng 1.200 - 1.500 tỷ VNĐ Chi phí xử

lý đối với công nghệ xử lý rác thành phân vi sinh khoảng 150.000đ/tấn - 290.000đ/ tấn, tạiThành phố Hồ Chí Minh là 240.000đ/tấn; Chi phí đối với công nghệ chế biến rác thànhviên đốt được ước tính khoảng 230.000đ/tấn - 270.000đ/tấn.[1]

Thành phố Hồ Chí Minh đang chịu nặng gánh chi phí xử lý rác Theo tính toán chiphí xây dựng, vận hành ở bãi rác Phước Hiệp (đã đóng cửa) thì giá thành xử lý mỗi tấn ráckhoảng 20 USD Trong đó, chi phí xây dựng khoảng 160.000 đồng -180.000 đồng/tấn, chiphí xử lý nước rỉ rác khoảng 90.000 đồng/m³, chi phí giám sát chất lượng môi trườngkhoảng 10.000 đồng/ tấn, chi phí bảo trì khoảng 30.000 đồng/ tấn (ước tổng kinh phí là430.000 đồng/tấn, tương đương 20 USD/tấn) Như vậy, chỉ tính riêng ở Phước Hiệp, mỗingày thành phố đã phải tốn đến 60.000 USD tiền xử lý rác Tại Đa Phước, khoảng 48.000USD Đây thực sự là một gánh nặng cho thành phố trong bối cảnh khủng hoảng kinh tế.[1]

1.4 Các phương pháp xử lý chất thải rắn hiện nay

Chất thải rắn được chuyển đến các công trường xử lý với công nghệ chôn lấp hợp vệsinh nhằm đảm bảo không gây tác động nguy hại đối với môi trường đất, nước mặt, nướcngầm và không khí, không ảnh hưởng đến đời sống cộng đồng dân cư nói chung và khuvực dự án nói riêng trong suốt thời gian tồn tại của bãi rác kể cả sau khi đóng bãi.

Trong suốt quá trình hoạt động rác được chuyển từ sàn trung chuyển vào ô chôn lấp

và đổ theo từng lớp, được san ủi, đầm nén theo đúng quy trình kỹ thuật và phủ lớp phủtrung gian nhằm giảm thiểu mùi hôi, tránh phát sinh ruồi, côn trùng và tách nước mưa.Nước rò rỉ của bãi chôn lắp được thu gom bằng hệ thông ống thu lắp đặt tại đáy bãi và bơm

về nhà máy xử lý nước rác với công nghệ thích hợp

Hệ thống ống thu khí bãi chôn lắp được thi công và lắp đặt từ đầu và hoàn thiện theoquá trình vận hành bãi chôn lắp bảo đảm việc thu gom toàn bộ khí thoát ra từ bãi chôn lắpnhằm chiết xuất gas phục vụ sản xuất điện và xử lý loại bỏ các khí độc hại gây ô nhiễm gâyhiệu ứng nhà kính và nguy cơ cháy nổ

Bổ sung vi sinh vậtNghiền rác hữu cơTiếp nhận rác

Loại bỏ tạp chất

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ chôn lấp rác thải hữu cơ.

- Tốn nhiều diện tích

- Phát sinh ô nhiễm cho mạch nước ngầm và không khí

- Chi phí xử lý ô nhiễm phát sinh cao

1.4.2 Phương pháp đốt

 Giới thiệu

Thiêu đốt là quá trình xử lý chất thải ở nhiệt độ cao Thiêu đốt ở nhiệt độ cao chất thảiđược xử lý triệt để, đảm bảo loại trừ các độc tính, có thể giảm thiểu thể tích rác đến 90-95% và tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn gây bệnh Phương pháp này đáp ứng tất cả các tiêu chí

về tiêu hủy an toàn ngoại trừ việc phát thải ra các khí thải cần được xử lý nên đây có thểcoi là phương pháp xử lý triệt để nhất so với các phương pháp xử lý chất thải rắn khác

Do chất thải được ôxy hoá nhiệt độ cao với sự có mặt của ôxy trong không khí nêncác thành phần rác độc hại được chuyển hoá thành khí thải và các thành phần không cháyđược tạo thành tro, xỉ Phương pháp này khá phổ biến trên thế giới hiện nay để xử lý chấtthải rắn nói chung và đặc biệt là đối với chất thải nguy hại công nghiệp, chất thải nguy hại

Hình 1.2 Lò đốt chất thải rắn hữu cơ

 Mô tả công nghệ:

Các loại chất thải cần đốt sẽ được đưa vào lò đốt theo từng mẻ, nhiên liệu sử dụng đểđốt là dầu DO Tại lò đốt sơ cấp nhiên liệu sẽ được phun vào lò đốt qua béc đốt để đốt cháycác chất thải và luôn duy trì nhiệt độ trong lò đốt ở nhiệt độ (550 – 6500C).Khí sinh ra sau khi đốt từ lò đốt sơ cấp sẽ được dẫn qua lò đốt thứ cấp nhằm đốt cháy cácthành phần còn lại trong khí thải ở nhiệt độ cao hơn (khoảng 1000 – 1.2000C) Tương tựnhư lò đốt sơ cấp, trong lò thứ cấp nhiên liệu dầu DO cũng được phun vào nhằm duy trìnhiệt độ trong lò đốt Khí sinh ra từ lò đốt chất thải sẽ được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệtnhằm giảm nhiệt độ xuống dưới 3000C để tránh sự hình thành các độc chất Dòng khí saukhi hạ nhiệt độ sẽ được dẫn qua thiết bị hấp thụ, bên trong có các lớp đệm vòng sứ Nhờquá trình tiếp xúc giữa pha khí và pha lỏng (dung dịch NaOH) các thành phần khí acid như:HCl, HF, COX, SOx, NOx, bụi sẽ được loại bỏ ra khỏi khí thải trước khi xả thải ra môitrường qua ống khói cao 20m Phần dung dịch hấp thụ được tuần hoàn lại và được bổ sungNaOH thường xuyên nhằm đảm bảo đúng nồng độ Theo định kỳ phần dung dịch sẽ được

xả thải vào hệ thống xử lý nước thải và thay thế bằng dung dịch mới Nhiệt lượng sinh ra từquá trình xử lý được tận dụng để sấy khô các loại chất thải và bùn thải nhằm hạn chế việcphát thải nhiệt ra ngoài môi trường và cặn tro sinh ra từ quá trình đốt sẽ được tiến hành hóarắn trước khi chôn lấp an toàn

 Ưu điểm

- Tận dụng được nhiệt cho lò hơi, lò sưởi, máy phát điện

- Xử lý gần như toàn bộ, tiết kiệm diện tích

- Triệt để gần như các thành phần độc hại dạng rắn, giảm tối đa thể tích

- Chất thải có thể được biến thành những chất trung gian có giá trị, có thể tái chế hoặcthu hồi năng lượng

 Nhược điểm

- Chi phí đầu tư cao và bảo trì cao so với các phương pháp khác

- Rác cần có nhiệt trị cao

- Khí thải và tro cần phải xử lý sau khi đốt

- Gặp khó khăn do thành phần rác có thể thay đổi